JP5829524B2 - バスルパイプ装置 - Google Patents

Description

本発明は広義にはバスルパイプ装置、特にシャフト炉へ加圧高温ガスを送り込むためのバスルパイプ装置に関する。

シャフト炉、特に高炉においては、シャフト炉中における鉄鉱石の還元を促進させるため、加圧高温ガス、典型例としては加圧高温空気が炉中へ吹き込まれる。

従来、バスルパイプはシャフト炉の外側ケーシングの周りの羽口域内に一定の間隔を空けて配置される。ガスは、羽口台列中へ送り込まれ、そこからシャフト炉中へ吹き込まれる。羽口台には通常、バスルパイプとシャフトとの相対的動きを補正するための補正装置が装備される。このような従来型のバスルパイプ装置については、例えばWO 86/05520から既知である。

シャフト炉中へのガスの注入に関しては、上側炉床レベルだけでなく、「下側炉床」とも呼ばれる溶融ゾーン上方の領域においても行うよう提案されてきた。下側炉床において注入を行う場合には、下側シャフトにある注入点のそれぞれへガスを送り込むためのバスルパイプをさらに配置することが必要である。

そこで、上述した従来型のバスルパイプを配置することが検討された。この解決方法は公知でかつ確認された方法である点で有利な解決方法ではあるが、他方において欠点も多い。実際、このような配置を行うとかなりの重量がかかるため、下側シャフトのレベルでの配置は困難である。また、従来型バスルパイプ配置の難しいデザインゆえに注入点の個数も制限される。

下側シャフトレベルで注入を行うバスルパイプ装置とは別の方式として、US 6,146,442に開示されているような、炉壁中に造られた周囲分配チャネルから成る所謂「Midrex」型ガス注入がある。この方式によれば、注入点の個数を増やすことが可能である。しかしながら、この解決方法を既存のシャフト炉へ適合させるのは困難であり、また特に炉室から分配チャネルを分離している壁の耐火材の摩損に関してリスクが多少高まる問題がある。さらに無視できない懸念として炉の静的安定性がある。実際、炉構造は、Midrex型構造とすることにより強度が低下している。

本発明は、上記欠陥が回避されるシャフト炉の構造を提供することを目的とする。本目的は請求項１に記載の装置によって達成される。

本発明では、シャフト炉のバスルパイプ装置、特にシャフト炉中への加圧高温ガスの送り込み装置が提案されており、本バスルパイプ装置はシャフト炉の外側ケーシングに沿って該ケーシングから一定間隔を空けて周囲に配置されたバスルパイプから成っている。本発明に係る装置にはさらに、第一レベルにおいてバスルパイプをシャフト炉の外側ケーシングへ接続する複数の第一支持アームと、第二レベルにおいてシャフト炉の外側ケーシングへバスルパイプを接続する複数の第二支持アームが含まれる。前記第一及び第二支持アームは、バスルパイプを支持するように形状化され、第一レベルは第二レベルとは異なっている。バスルパイプをシャフト炉内部へ流動接続させるため、第一吹き込みチャネルが第一支持アーム中を貫通するように配置される。

２つの異なるレベルに複数の第一支持アームと複数の第二支持アームが配置されることにより、バスルパイプ装置は自己支持型となり、実際、バスルパイプ装置を支持するためのフレーム構造物を必要とせずに、バスルパイプ装置をシャフト炉の壁上へ直接支持することが可能である。さらに、バスルパイプはシャフト炉壁へ直接連結可能なため補正器も不要である。これによりバスルパイプとシャフト炉間の漏出リスクが低減される。バスルパイプ装置をよりコンパクトに設計することにより、注入点数を、従来型のバスルパイプ装置に比べて大幅に増加させることも可能である。注入点を増やすことによりシャフト炉中へのガスのより均質な注入を行うことが可能となる。本発明によるバスルパイプ装置のさらに重要な利点は、シャフト炉の変更を最小限に止めた上で、本バスルパイプ装置を既存のシャフト炉へ容易に一体化できることである。

本発明の好ましい実施態様によれば、前記バスルパイプ装置にはさらに、バスルパイプからシャフト炉中へガスを吹き込むための複数の第二吹き込みチャネルが含められ、これら第二吹き込みチャネルは第二支持アーム中を貫通してバスルパイプをシャフト炉内部へ流動接続するように配置される。

第二支持アーム中を貫通するように第二吹き込みチャネルを配置することにより、２つの異なるレベルにおけるシャフト炉中へのガス、空気、あるいは還元ガスの注入が可能となる。かかる配置により、注入点をより多く設けることができ、またより均質な注入ガスの配分を行うことができる。

有利な態様として、本発明に係るバスルパイプ装置では、その内壁に耐火性ライニングが施され、前記第一及び又は第二吹き込みチャネルがバスルパイプ中のこの耐火性ライニング中を通って延びるように構成されているため、バスルパイプガスチャネルから支持アームを通してシャフト炉中へガスを流し込むことが可能である。

好ましくは、本バスルパイプには、前記第一及び又は第二吹き込みチャネルとは対向側の壁部分中にアクセスポートが前記第一及び又は第二吹き込みチャネルとそれぞれ直線状に整列される。かかるアクセスポートにより、吹き込みチャネルの点検、洗浄、閉栓、及び高温ガスインパルス調整を行うことが可能とされる。吹き込みチャネルの洗浄は長期間の作動後に必要とされるが、このアクセスポートを介して実施可能である。

アクセスポートによって個々の吹き込みチャネルの閉栓を行い、それによって本願発明に係るバスルパイプ装置中へのガス注入の実施融通性を大きく増大させることが可能である。実際に、各吹き込みチャネルを少なくとも部分的に閉栓するためにアクセスポートとプランジャーを連携させることも可能である。かかるプランジャーを用いることにより、いずれかの吹き込みチャネルを閉栓し、それによって残りの吹き込みチャネル中を通るガス流速を増大させることが可能である。例えば一つのレベルにおいてシャフト炉中へのガス注入が所望される場合、他のレベルにあるすべての吹き込みチャネルが閉栓される。プランジャーには、各吹き込みチャネルを通過するガス流の調整を可能とする円錐形の突出部を設けてもよい。

アクセスポートからは、吹き込みチャネル、好ましくはシャフト炉に面する吹き込みチャネルの末端部へ取外し可能に取り付けられる注入ノズルへアクセスすることも可能である。これにより、使い古した注入ノズル、あるいは特別な内径をもつ交換用注入ノズルを、異なる内径をもつ注入ノズルに取り替えることが可能である。あるいは、アクセスポートを介してノズルインサートを注入ノズル中へ挿入することも可能である。かかるノズルインサートを用いることにより注入ノズルの内径が変わることになる。注入ノズルの内径が変わることにより、吹き込みチャネルを通過する高温ガスの流速を特定の作動条件に適合させ、しいてはシャフト炉の作動融通性を向上させることも可能である。

前記注入ノズル、及び又は前記ノズルインサート、及び又は前記プランジャーは、好ましくはセラミック材料、より好ましくは酸化物セラミック材料、あるいはケイ素含浸炭化ケイ素材料を用いて作製される。かかる材料は、ダストを含む高温ガスによって生ずる摩損に耐えられるように選択される。発明者はさらに、かかる材料を用いることにより、注入ノズル、及び又はノズルインサート、及び又はプランジャーを冷却する必要がなくなることを見出した。

前記注入ノズル、ノズルインサート、又はプランジャーの使用は前述したバスルパイプ装置に関連した使用に限定されるべきではないことに注意すべきである。

有利な態様においては、前記第二支持アームは、縦方向突出部上において、隣接する２本の第一支持アーム間の中間に位置するように配置され、これにより注入されたガスのより均質な配分が得られることからガス注入の最適化が果される。

前記第一及び又は第二支持アームは、内側が耐火性材料でライニングされ、かつ内部に第一及び第二吹き込みチャネルが貫通しているパイプ片を用いて作製可能である。パイプ片は真っ直ぐなパイプ片である方が有利である。かかる真っ直ぐなパイプ片により、曲がり、接合、接続なしに、バスルパイプとシャフト炉内部間が直接連結される。これにより、本パイプ片を通過する際の圧力ロスを低減することが可能である。

本発明の一実施態様においては、前記第一支持アームをほぼ水平に配置し、及び前記第二支持アームを、例えば水平線に対して１０〜６０°の角度に傾斜させて配置可能である。

また、本発明の好ましい実施態様においては、前記第二支持アームは、第二吹き込みチャネルと連携するアクセスポートが、第一吹き込みチャネルと連携するアクセスポートとほぼ同レベルとなるように選定される角度に配置される。前記第二支持アームは、例えば水平線に対して約４５°の角度で配置可能であり、また第二支持アームとその連携アクセスポート間の仮想線がバスルパイプの中心を通るように構成することも可能である。第一及び第二吹き込みチャネル双方に連携するすべてのアクセスポートを同レベルに配置することにより、吹き込みチャネルの点検をより容易かつ迅速に実施することが可能となる。実際、点検のため、単一のプラットホームを用いて双方のレベルにある注入点へアクセスすることが可能となる。さらに、角度をあげることにより、バスルパイプ装置の支持が向上されることにも注意すべきである。

本発明の別の好ましい実施態様においては、第一及び第二支持アームの双方が水平線に対して０〜４０°、好ましくは０〜３０°の角度で傾斜される。

バスルパイプの断面形状はほぼ円形、あるいは卵形とすることができる。但し、他の形状の断面を排除する意図ではないことに注意すべきである。

断面形状がほぼ卵形である場合、バスルパイプは好ましくは、例えば保全作業員等がバスルパイプ内部の検査をできる高さとなるように十分な隙間を取って寸法化される。

バスルパイプをシャフト炉の外側ケーシングへ連結するために、少なくとも複数の補助アームが設けられ、バスルパイプをシャフト炉内部へ流動接続するために補助吹き込みチャネルが補助アーム中を通るように配置される。かかる補助アームを用いて少なくとも１つの補助レベルに注入点を設けることも可能である。

本発明に従ったバスルパイプ装置の略断面図である。 本発明に従ったバスルパイプ装置の注入点の模式的説明図である。 本発明のさらに別の実施態様に従ったバスルパイプ装置の略断面図である。

発明を実施するための手段

以下に本発明の好ましい実施態様について、実施例を用い、添付図面を参照しながら説明する。
シャフト炉の外側ケーシング周囲に配置されるバスルパイプ装置を示した図１を用いて本発明について説明する。

本発明に係るバスルパイプ装置は、図１に外側ケーシング１４の一部が図示されている、シャフト炉の周囲に配置されるバスルパイプ１２から構成される。バスルパイプ１２は、外側ケーシング１４から一定間隔を空けて配置され、断面がほぼ円形であるパイプ１６によって作製され、該パイプの内側は耐火性材料１８でライニングされ、及びその内部にはガスチャネル２０が形成される。

バスルパイプ１２は、シャフト炉の外側ケーシング１４に沿った適所に、第一レベルに配置される多数の第一支持アーム２２と第二レベルに配置される第二支持アーム２４によって保持される。これらの第一支持アーム２２及び第二支持アーム２４はシャフト炉の全周囲に亘って配置されてバスルパイプ１２を支持する。支持アーム２２、２４は好ましくは溶接によってバスルパイプ１２及び炉壁へ取り付けられる。第一及び第二支持アーム２２、２４が２つの別個のレベルに配置されることにより、これら第一及び第二支持アーム２２、２４だけでバスルパイプ１２を支持することが可能であり、バスルパイプ１２にそれ以上の支持体は不要である。

バスルパイプ１２のガスチャネル２０を第一注入点２８を経てシャフト炉の内部まで流動接続するため、第一支持アーム２２中を貫通して第一吹き込みチャネル２６が配置される。同様に、バスルパイプ１２のガスチャネル２０を第二注入点３２を経てシャフト炉の内部まで流動接続するため第二支持アーム２４中を貫通して第二吹き込みチャネル３０が配置される。従って、本発明に係るバスルパイプ装置１０によれば、２つのレベルからシャフト炉中へガスを注入することが可能である。これにより、注入点の個数を増やし、注入されたガスをより均質に配分させることが可能である。注入点数は明らかにシャフト炉の直径、注入点の直径、及び隣接し合う注入点の間隔に依存する。例えば炉床の直径が７ｍあるシャフト炉の場合、注入点の個数は１００にすることが可能である。

前記第一及び第二支持アーム２２、２４のそれぞれは、内側が耐火性材料でライニングされたパイプ片３４から成り、各アーム中にはそれを貫通する第一及び第二吹き込みチャネル２６、３０が形成される。図１に示した実施態様においては、第一支持アーム２２はほぼ水平に配置されるが、第二支持アーム２４は水平線に対して１０〜１５°の角度αとなるように配置される。図示されていないが、該角度αは好ましくは約４５°である。

バスルパイプ装置１０には、さらに第一吹き込みチャネル２６のそれぞれと連携する第一アクセスポート３６と、第二吹き込みチャネル３０のそれぞれと連携する第二アクセスポート３８が含まれる。第一及び第二アクセスポート３６、３８は、第一及び第二吹き込みチャネル２６、３０と直線状に整列して配置される。これらのアクセスポートにより、吹き込みチャネル２６、３０のそれぞれの点検、洗浄、閉栓、及び高温ガスインパルス調整が可能となる。吹き込みチャネル２６、３０を個別に閉栓することにより、バスルパイプ装置中へのガス注入作業の融通性が大きく増大する。シャフト炉に面する吹き込みチャネル２６、３０の端部に注入ノズル（図示せず）を設けることも可能である。このような注入ノズルはアクセスポート３６、３８を通して容易に置き換え、あるいは交換可能である。例えば、注入ノズルを外径の異なる注入ノズルと置き換えて、本バスルパイプ装置１０の操作柔軟性をさらに向上させることが可能である。

また、図２に示すように、第一及び第二支持アーム２２、２４は、第二注入点３２が隣接する第一注入点２８どうしの中間に位置するように配置されることに注意すべきである。このように注入点２８、３０が千鳥配列に配置されることにより、シャフト炉中へ注入されたガスのより均質な配分が保証される。

図３は本発明に従った吹き込みパイプ装置のさらに別の実施態様を示した図である。図１の実施態様と同様に本バスルパイプ装置１０はシャフト炉の周囲に配置されるバスルパイプ１２から構成される。しかしながら、本バスルパイプ１２は断面形状がほぼ卵形（長円形）のパイプ１６’を用いて作製されている。バスルパイプ１２は、人がバスルパイプ内部の検査をできる高さとなるように十分な隙間をもたせて寸法化される。第一支持アーム２２は水平線に対して０〜４０°の角度βに配置可能である。同様に、第二アーム２４は水平線に対して０〜４０°の角度γに配置可能である。図３において、支持アーム２２、２４の双方は約β＝γ＝１０〜１５°の角度で取り付けられている。しかしながら、βとγは必ずしも同角度である必要はないことに注意すべきである。

図３には第一吹き込みチャネル２６中に取り付けられた注入ノズル４０も図示されている。このような注入ノズル４０を取り外し、吹き込みチャネル２６、３０のそれぞれと連携するアクセスポート３６、３８を介して注入ノズルを置き換えることも可能である。

図３にはさらに、第一吹き込みチャネル２６と連携するプランジャー４２も示されている。かかるプランジャー４２を用いて第一吹き込みチャネル２６を閉栓し、あるいは該チャネルを通る高温ガスの流れを調整することが可能である。

上記連結を強化するため、図３に示すように、パイプ１６と外側ケーシング１４の間にさらに複数の強化フィン４４を設けることも可能である。かかる強化フィン４４は厚手の金属板をパイプ片３４、パイプ１６及び外側ケーシング１４へ溶接して作製可能である。強化フィン４４はパイプ片３４から放射状に離れるように縦方向に延びている。

１０：バスルパイプ装置
１２：バスルパイプ
１４：シャフト炉の外側ケーシング
１６、１６’：パイプ
１８：耐火性材料
２０：ガスチャネル
２２：第一支持アーム
２４：第二支持アーム
２６：第一吹き込みチャネル
２８：第一注入点
３０：第二吹き込みチャネル
３２：第二注入点
３４：パイプ片
３６：第一アクセスポート
３８：第二アクセスポート
４０：注入ノズル
４２：プランジャー
４４：強化フィン

Claims (14)

1. シャフト炉の外側ケーシングに沿って一定間隔をあけて周囲に配置されるバスルパイプと、
   第一レベルにおいて前記バスルパイプを前記シャフト炉の前記外側ケーシングに接続する複数の枝管を持たない直線状の第一支持アームパイプと、
   第二レベルにおいて前記バスルパイプを前記シャフト炉の前記外側ケーシングに接続する枝管を持たない直線状の複数の第二支持アームパイプ、から構成される、シャフト炉中へ加圧高温ガスを送り込むためのシャフト炉バスルパイプ装置であって、
   前記第一及び第二支持アームパイプは前記バスルパイプを支持するように形状化され、前記第一レベルは前記第二レベルと異なり、及び
   前記バスルパイプを前記シャフト炉内部へ流動接続するための別体の直線状第一吹き込みチャネルパイプが前記第一支持アーム中を貫通するように配置されることを特徴とする前記シャフト炉バスルパイプ装置。
2. 前記バスルパイプから前記シャフト炉中へガスを吹き込むための直線状第二吹き込みチャネルパイプが複数含まれ、該第二吹き込みチャネルパイプは前記第二支持アーム中を貫通するように配置され、かつ前記第二吹き込みチャネルパイプによって前記バスルパイプが前記シャフト炉内部へ流動接続されることを特徴とする請求項１記載のバスルパイプ装置。
3. 前記バスルパイプに耐火性ライニング処理された内壁が含まれ、及び前記第一及び又は第二吹き込みチャネルパイプが前記バスルパイプの前記耐火性ライニング中を通って延びていることを特徴とする請求項１又は２記載のバスルパイプ装置。
4. 前記バスルパイプに、前記第一吹き込みチャネルパイプとは反対側の壁部分中に、第一吹き込みチャネルパイプと直線状に整列してアクセスポートが設けられることを特徴とする請求項１記載のバスルパイプ装置。
5. 各吹き込みチャネルパイプを少なくとも部分的に閉栓するため、プランジャーがアクセスポートと連携されることを特徴とする請求項４記載のバスルパイプ装置。
6. 前記プランジャーに、各吹き込みチャネルパイプ中を通るガス流の調整を可能とする円錐形の突出部が備えられることを特徴とする請求項５記載のバスルパイプ装置。
7. 前記プランジャーが酸化物セラミック材料あるいはケイ素含浸炭化ケイ素材料から成ることを特徴とする請求項５又は６記載のバスルパイプ装置。
8. 注入ノズル及び又は注入ノズルインサートが第一又は第二吹き込みチャネルパイプ中に取外し可能に取り付けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
9. 上方から見て、前記第二支持アームパイプが、２つの隣接し合う第一支持アームパイプの中間にあるように配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
10. 前記第一及び又は第二支持アームパイプが、内側が耐火性材料でライニングされたパイプ片によって作製され、かつ該アームパイプ中を貫通する前記第一及び又は第二吹き込みチャネルパイプを保持することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
11. 前記第一支持アームパイプはほぼ水平であり、他方前記第二支持アームパイプは水平線に対して１０〜６０°の角度で傾斜されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
12. 前記第一及び第二支持アームパイプの双方が水平線に対して０〜４０°の角度で傾斜されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
13. 複数の補助アームパイプのうちの少なくとも１つが前記バスルパイプを前記シャフト炉の前記外側ケーシングへ接続するために設けられ、前記バスルパイプを前記シャフト炉内部へ流動接続するために補助吹き込みチャネルパイプが前記補助アームパイプ中を貫通するように配置されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
14. 前記バスルパイプの断面がほぼ円形あるいは卵形であることを特徴とする請求項１〜１
    ３のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
    

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